Alaşımların eritilmesi ve dökülmesi, döküm üretiminde anahtar işlemlerdir. Tüm eritme ve dökme prosesinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi, küçük delikler, kalıntılar, hatalı işlemeler, çatlaklar, gözeneklilik ve büzülme gibi döküm kusurlarının önlenmesinde önemli bir rol oynar.
Erimiş alüminyumun güçlü bir hidrojen emme eğilimi, güçlü oksitleyici özellikleri ve demiri kolayca çözmesi nedeniyle, yüksek-kaliteli dökümler üretmek için eritme ve döküm işlemleri sırasında basit ama dikkatli önlemler alınmalıdır.
1. Alüminyum Alaşımlı Fırın Malzemelerinin Soğutulması ve Kalite Kontrolü
Yüksek-kaliteli erimiş alüminyum üretebilmek için öncelikle kaliteli hammaddelerin seçilmesi gerekir. Hammaddeler bilimsel olarak yönetilmeli ve uygun şekilde işlenmelidir; aksi takdirde alaşımın kalitesi ciddi şekilde etkilenecektir. Üretim uygulamaları, eğer ham maddeler (metalik ve yardımcı malzemeler dahil) sıkı bir şekilde kontrol edilmezse, döküm partilerinin hurdaya çıkarılabileceğini göstermiştir.
(1) Hammaddeler, aşağıdaki özel gerekliliklerle birlikte nitelikli kimyasal bileşime ve yapıya sahip olmalıdır:
Fabrikaya giren alaşım külçelerinin ana bileşenlerinin ve safsızlık içeriğinin analiz edilmesinin yanı sıra, düşük-alaşımlı yapılar ve kırılma yüzeyleri için de denetimler gerçekleştirilmektedir. Uygulama, şiddetli büzülme boşlukları, iğne delikleri ve kabarcıklar içeren alüminyum eriyiğinin kullanılmasının, yoğun dökümlerin elde edilmesini zorlaştırdığını ve hatta tüm fırının veya döküm grubunun hurdaya çıkarılmasıyla sonuçlanabileceğini kanıtlamıştır.
Alüminyum-silikon alaşımı külçelerinin alüminyum alaşımı gözenekliliği üzerindeki etkisi incelenirken, erimiş saf kumdan-döküm kalıplardan yapılmış test blokları kullanıldığında hiçbir gözenekliliğin ortaya çıkmadığı bulundu. Bununla birlikte, düşük-kaliteli ve standartların altında alüminyum-silikon alaşımı külçeleri eklendikten sonra test bloklarında ciddi gözeneklilik ve iri taneler görüldü. Bunun nedeni malzemenin kalıtım etkisinden kaynaklanmaktadır. Alüminyum-silikon alaşımları için kalıtım etkisi içerikle birlikte artar ve silikon içeriği %7'ye ulaştığında önemli hale gelir. Ötektik bileşimdeki silikon içeriğini artırmaya devam etmek kalıtım etkisini biraz azaltır. Fırın stokunun kalıtım etkisinden kaynaklanan döküm kusurlarını çözmek için yüksek metalurjik kalitede alüminyum külçelerin, ara alaşımların ve diğer fırın malzemelerinin seçilmesi gerekir. Spesifik standartlar aşağıdaki gibidir:
1) Kırılma yüzeyinde iğne delikleri veya gaz delikleri olmamalıdır
İğne delikleri üçüncü derece dahilinde olmalı ve yerel olarak (denetlenen alanın en fazla %25'i) üçüncü dereceyi geçmemelidir. Üçüncü dereceyi aşarsa iğne deliği seviyesini azaltmak için yeniden eritme yapılmalıdır. Yeniden eritme ve rafine etme yöntemi, genel alüminyum alaşımının eritilmesiyle aynıdır. Döküm sıcaklığı 660 dereceyi geçmemelidir. Büyük orijinal taneciklere sahip alüminyum külçeler veya alaşım külçeler için, bunların hızlı bir şekilde katılaşmasını ve tanelerin incelmesini sağlamak için ilk önce daha düşük bir kalıp sıcaklığı kullanılmalıdır.
(2) Yükleme Malzemesi Taşıma
Kullanmadan önce, yüzey pasını, yağı ve diğer kirleticileri temizlemek için şarj malzemeleri kumlanmalıdır. Nispeten temiz bir yüzeye ve kısa depolama süresine sahip alüminyum alaşımlı külçeler ve metalik hurdalar kumlama gerektirmeyebilir, ancak şarja karışmış tüm demir filtreler veya gömülü bileşenler çıkarılmalıdır. Yüzeydeki nemi gidermek ve erime süresini 3 saatten fazla azaltmak için tüm şarj malzemeleri fırına yerleştirilmeden önce önceden ısıtılmalıdır.
(3) Fırın Malzemelerinin Yönetimi ve Depolanması
Alaşımların kalitesinin sağlanması için fırın malzemelerinin uygun şekilde depolanması ve yönetimi önemlidir. Fırın malzemeleri, sıcaklık değişiminin az olduğu ve kuru koşulların olduğu depolarda saklanmalıdır.
2. Potaların ve Eritme Araçlarının Hazırlanması
(1) Alüminyum alaşımının dökümü için ortak demir potalar kullanılır ve dökme çelikten veya kaynaklı çelik levhalardan yapılmış potalar da kullanılabilir.
Hem yeni potalar hem de uzun süre kullanılmayan eski potalar kullanılmadan önce kumlanmalı ve 700-800 dereceye kadar ısıtılmalı, bu sıcaklıkta 2-4 saat tutularak pota iç duvarına yapışan nem ve yanıcı maddelerin yakılması sağlanmalıdır. 300 derecenin altına soğutulduğunda potanın iç duvarını dikkatlice temizleyin ve sıcaklık 200 derecenin altına düşmediğinde kaplamayı uygulayın.
Kullanmadan önce kroze koyu kırmızı renge (500-600 derece) ısıtılmalı ve 2 saatten fazla bu sıcaklıkta tutulmalıdır. Yeni bir pota için, asıl malzemeyi eritmeden önce aynı sınıftan bir grup geri dönüştürülmüş malzemeyi eritmek en iyisidir.
(2) Eritme araçlarının hazırlanması
Çan kapağı, kırma kapağı, karıştırma kaşığı, dökme torbası
Kullanmadan önce kalıplar ve diğer ekipmanlar ısıtılmalı, 150-200 derece sıcaklıkta koruyucu bir tabaka ile kaplanmalı ve iyice kurutulmalıdır. Kurutma sıcaklığı 200-400 derece olmalı ve bekletme süresi 2 saatten fazla olmalıdır. Kullanımdan sonra yüzeye yapışan oksit ve florürler tamamen temizlenmelidir (kumlama tavsiye edilir).
3. Erime Sıcaklığının Kontrolü
Erime sıcaklığı çok düşükse, alaşım elementlerinin çözünmesine ve gazların ve kalıntıların uzaklaştırılmasına yardımcı olmaz, ayrışma, soğuk kapanma ve hatalı çalıştırma eğilimini artırır. Ayrıca yükselticide yetersiz ısıya neden olarak dökümün düzgün beslenmesini engelleyebilir. Bazı referanslara göre tüm alüminyum alaşımlarının erime sıcaklığı en az 705 dereceye ulaşmalı ve karıştırma yapılmalıdır. Öte yandan, aşırı derecede yüksek bir erime sıcaklığı yalnızca enerji israfına yol açmakla kalmaz, daha da önemlisi, artan hidrojen emilimine, daha iri tanelere, daha şiddetli alüminyum oksidasyonuna ve bazı alaşım elementlerinin daha fazla kaybına yol açar. Sonuç olarak, alaşımın mekanik özellikleri bozulur, döküm ve işleme performansı kötüleşir, ısıl işlemin etkinliği azalır ve dökümün gaz-sızdırmazlığı azalır.
Üretim uygulamaları, alaşım eriyiğinin hızlı bir şekilde daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasının ve uygun şekilde karıştırılmasının, tüm alaşım elementlerinin (özellikle refrakter metal elementlerin) çözünmesine yardımcı olduğunu kanıtlamıştır. Yüzen cürufun uzaklaştırılmasından sonra sıcaklığın akma noktasına düşürülmesi ayrışmayı en aza indirir, çözünmüş hidrojeni azaltır ve yüksek mekanik özelliklere sahip, düzgün, yoğun bir alaşım elde edilmesine yardımcı olur. Alüminyum eriyiğinin sıcaklığının çıplak gözle değerlendirilmesi zor olduğundan, hangi tür eritme fırını kullanılırsa kullanılsın sıcaklık bir ölçüm cihazıyla kontrol edilmelidir. Ölçüm cihazları düzenli olarak kalibre edilmeli ve bakımı yapılmalıdır. Doğru sıcaklık ölçümleri ve uzun servis ömrü sağlamak için termokupl kovanları periyodik olarak metal bir fırça ile temizlenmeli ve koruyucu boya ile kaplanmalıdır.
4. Erime Süresinin Kontrolü
Alüminyum eriyiğinin oksidasyonunu, gaz emilimini ve demirin çözünmesini azaltmak için alüminyum eriyiğinin fırında kalma süresi en aza indirilmeli ve eritme işlemi hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Ergitme başlangıcından dökümün tamamlanmasına kadar geçen süre kum dökümde 4 saati, metal kalıba dökümde 6 saati, basınçlı dökümde 8 saati geçmemelidir.
Eritme sürecini hızlandırmak için, erime noktası daha düşük olan orta-boyutlu hurda ve alüminyum-silikon ara alaşımları ilk önce eklenmelidir, böylece potanın dibinde hızla bir eriyik havuzu oluşur. Daha sonra, daha büyük hurda parçaları ve saf alüminyum külçeler eklenerek bunların yavaş yavaş genişleyen eriyik havuzuna daldırılması ve hızla erimesi sağlanır. Yükün ana kısmı eridikten sonra, az miktarda yüksek-erime noktalı ara alaşımlar eklenir ve erimeyi hızlandırmak için sıcaklık yükseltilir ve karıştırılır. Son olarak sıcaklık düşürülür ve kayıpları en aza indirmek için kolayca oksitlenen alaşım elementleri preslenir.
5. Eriyiğin Aktarılması ve Dökülmesi
Katı alüminanın yoğunluğu yaklaşık olarak erimiş alüminyumun yoğunluğuna eşit olmasına rağmen, alüminyum eriyiğine girdikten sonra potanın dibine çökmesi yeterince uzun bir zaman alır. Buna karşılık, oksidasyondan sonra alüminyum yüzeyinde oluşan alümina filmi, alüminyum eriyiği ile temas halinde olan yoğun bir tarafa sahipken, havaya maruz kalan taraf gevşektir ve 60-100 Å çapında çok sayıda gözenek içerir. Bu filmin geniş bir yüzey alanı ve güçlü adsorpsiyon özellikleri vardır, bu da onun su buharını kolayca adsorbe etmesini ve hatta yüzmeye eğilimli olmasını sağlar. Bu nedenle, bu oksit film ile alüminyum eriyiği arasındaki yoğunluk farkı küçük olduğundan, eriyiğe karıştırılması çok yavaş batmaya ve yüzmeye neden olur, bu da eriyikten çıkarılmasını zorlaştırır ve dökümlerde gaz gözenekleri ve kalıntıların oluşmasına yol açar. Sonuç olarak, alüminyum eriyiklerini aktarırken erimiş metalin karışmasını en aza indirmek ve eriyiğin havaya maruz kalmasını mümkün olduğu kadar azaltmak önemlidir.
Erimiş metali dökmek için eğimli bir pota kullanıldığında, erimiş metalin havayla karışmasını önlemek için, pota mümkün olduğunca fırın ağzına yakın yerleştirilmeli ve erimiş metalin potanın yan duvarı boyunca akmasını sağlayacak şekilde eğilmeli, böylece çalkalanmaya veya sıçramaya neden olabilecek şekilde doğrudan potanın tabanına çarpması önlenmelidir.
Doğru ve makul dökme yönteminin kullanılması, yüksek-kaliteli dökümler elde etmenin önemli koşullarından biridir. Üretim uygulamaları, aşağıdaki noktalara dikkat edilmesinin döküm hatalarını önlemede ve azaltmada oldukça etkili olduğunu göstermektedir.
(1) Dökmeden önce, fırının eriyik sıcaklığını, dökme potası kapasitesini ve yüzeyindeki kaplama tabakasının kuruluğunu ve ayrıca diğer aletlerin yeterince hazırlanıp hazırlanmadığını dikkatlice kontrol edin. Metal dökme kabı, dökmeden 3-5 dakika önce kum kalıbının üzerine yerleştirilmelidir. Bu sırada döküm potasının sıcaklığı 150 dereceyi geçmemelidir. Çok erken yerleştirilirse veya sıcaklık çok yüksek olursa, dökme kanalında büyük miktarda gaz birikerek, dökme sırasında patlama riski oluşturabilir.
(2) Döküm, erimiş metalin güçlü bir şekilde oksitlenebileceği veya yanabileceği, dökümde oksidasyon kalıntılarına ve diğer kusurlara neden olabilecek hava akımı olan yerlerde yapılmamalıdır.
(3) Potadan erimiş metal elde ederken, önce potanın alt kısmı ile eriyiğin yüzeyindeki oksit filmi veya akı katmanını yavaşça çıkarın, ardından potayı yavaşça erimiş metalin içine daldırın, potanın geniş ağzıyla eriyiği alın ve potayı sabit bir şekilde kaldırın.
(4) Kepçeyi taşırken avucunuzla eğmekten kaçının; istikrarlı bir şekilde yürüyün. Pota çok yükseğe kaldırılmamalı, içindeki metal seviyesi sabit ve bozulmadan kalmalıdır.
(5) Dökme sırasında cürufun, oksit filmlerin ve diğer yabancı maddelerin kalıba girmesini önlemek için, dökmeden hemen önce potadaki tüm cürufu çıkarın.
(6) Dökme sırasında erimiş metal akışının sabit kalmasını sağlayın; kesintiye uğratılmamalı veya doğrudan yolluk tabanına yönlendirilmemelidir. Döküm yukarıdan aşağıya doğru doldurulmalı ve sıvı yüzeyi sabit kalmalıdır. Dökme hızını uygun şekilde kontrol edin. Tipik olarak, eriyiğin eşit şekilde dolmasını sağlamak için dökmeye biraz daha yavaş başlayın, ardından hızı biraz artırın ve nispeten tutarlı bir dökme hızını koruyun.
(7) Dökme işlemi sırasında, erimiş metalin aşırı oksidasyonunu önlemek için pota ağzı ile yolluk arasındaki mesafeyi 50 mm'yi aşmayacak şekilde mümkün olduğunca yakın tutun.
(8) Tapalı bir yolluk için, tapa çok erken çıkarılmamalıdır. Yolluk erimiş metalle doldurulduktan sonra, kalıp kanallarında girdap oluşumunu önlemek için tıkacı belirli bir açıyla yavaş yavaş çıkarın.
(9) Pota tabanının 60 mm'den daha az yukarısındaki erimiş metal, döküm için kullanılmamalıdır.
